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国内外制冷剂替代品研发现状
作者:王鑫
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进入21世纪以来,国内外制冷剂科研工作者一直在不断地探索和开发新型环保制冷剂产品,在R22的长期替代、汽车空调R134a的替代和在用离心式冷水机组的CFCs替代这三个领域,科研工作者又取得了一些新的研发成果。

《联合国气候变化框架公约》缔约方于1997年通过了《京都协议书》,把HFCs归类为温室气体之一,并规定在2008至2012年间所有发达国家温室气体的排放量要在1990年基础上平均削减5.2%。进入21世纪以来,国内外制冷剂科研工作者一直在不断地探索和开发新型环保制冷剂产品,在R22的长期替代、汽车空调R134a的替代和在用离心式冷水机组的CFCs替代这三个领域,科研工作者又取得了一些新的研发成果。

R22长期替代品的研发

根据《蒙特利尔议定书》的规定,发达国家将于2030年完全停止非原料性质的R22生产和消费,但一些发达国家明显加快了淘汰步伐,如德国、意大利、瑞士等已于2000年停止在制冷空调设备中使用R22。发展中国家(包括中国)要到2040年才完全禁止非原料性质的R22生产和消费。因此,在很长一段时间内,对于发展中国家来说,R22仍是非常好的过渡性产品。

但是,为了制冷空调设备的出口和将来长远替代的需要,以及在上世纪末开发的主要替代品R407C、R410A仍不十分理想的情况下,科研工作者还在为寻求R22的长期替代品不懈努力。经过近十多年的探索,仍未找到一种理想的纯工质来替代R22,虽然有研究者提出使用天然工质(如HC-290、HC-1270、CO2等)来替代R22,但仍存在技术、经济、安全等很多方面尚未解决的问题,因而,目前R22的替代方案依然是采用混合工质。

在中国国内,山东东岳化工有限公司和清华大学共同研发了一种三元混合物,制冷剂编号为R425A,组元包括R32、R134a和R227ea。R425A具有ODP值为零、GWP值低、无毒不燃、与R22和R407C的系统兼容等特点。同R407C相比,R425A在环保性能、系统充装量、操作流程、制冷性能等方面更具优越性,R425A已在国内一些空调器企业中批量应用。

浙江化工研究院推出了ZCI-7和ZCI-8产品,它们均是含R161的三元混合物,组元包括R32、R125和R161。ZCI-7和ZCI-8的ODP值为零,可分别应用于R407C和R410A的制冷空调系统,但需要解决好产品的可燃性问题。

天津大学和西安交通大学的研究者也分别提出了由R32、R125和R152a所组成的三元混合工质替代R22。该混合物方案的ODP值为零、与酯类油的相容性较好,但存在一定的可燃风险。

在海外,法国罗地亚公司研发了一种三元混合物替代品,该产品制冷剂编号为R422A(现该制冷剂已被杜邦收购),组元包括R125、R134a和HC-600a。R422A主要用于食品柜、展示柜、食品储存及处理、制冰机等制冷设备中替代R22,具有ODP值为零、无毒不燃、与现有机组系统及润滑油兼容、可直接充灌等特点。

汽车空调R134a替代品的研发

根据2004年欧盟已通过的含氟温室气体(F-gas)法规的要求:自2011年1月1日起,欧盟将禁止新生产的汽车空调使用GWP值大于150的制冷剂(因R134a的GWP值为1300,将被禁用);在2011年1月1日至2017年1月1日的6年间,在用的汽车空调将按比例逐步淘汰GWP值大于150的制冷剂;自2017年1月1日起,将禁止所有汽车空调使用GWP值大于150的制冷剂。2004年在华盛顿举行“地球技术论坛”期间,美国环保局授予了欧洲议会环境委员会F-Gas团队2004年度“气候保护奖”,充分肯定了他们关于汽车空调逐步淘汰R134a的立场。因而,汽车空调使用低GWP值的制冷剂成为趋势和必然,CO2、HCs(碳氢化合物)、R152a以及一些混合物成为新型汽车空调制冷剂应用的研究热点。

美国霍尼韦尔(Honeywell)公司自2002年起开始研发R134a的混合物替代方案,开发出了由四氟丙稀(CF3CF=CH2)和三氟碘甲烷(CF3I)所组成的二元混合物,其中主要以四氟丙稀为主,并命名为“Fluid H”。据悉,该混合物的GWP值小于10,具有不可燃、滑移温度小(共沸)、与原R134a系统兼容性能较好、中低热负荷下制冷量和COP与R134a相当、较高热负荷下则有所降低等特性。目前正在进行毒性和系统稳定性、压缩机测试等工作。

美国德尔福汽车(Delphi)、通用汽车(General Motors)等公司正在研发R152a的汽车空调系统,据其研究和试验结果,汽车空调系统使用R152a作制冷剂基本无需更改现有R134a系统的管路部件及生产线,与目前的R134a系统相比,可提供相当甚至更优的制冷效果,且性能系数更高。2003年,在美国亚利桑那州凤凰城举行的美国汽车工程师协会(SAE)新型制冷剂研讨会上,使用R152a的测试车受好评。

另外,美国杜邦(Dupont)公司、英国英力士(Ineos)公司也对外宣布正在研发符合欧盟要求的汽车空调R134a替代品,但目前仍未公布具体方案。

在国内,山东东岳化工有限公司也研发了符合欧盟F-gas法规要求的汽车空调中R134a的替代品DYR1,其ODP值为零,GWP值为115,与现有R134a系统兼容,且能效更优。目前正在进行应用性试验、系统测试等工作。

虽然上述各企业已为这些替代品做了大量的研发和试验工作,但这些替代品距规模应用和生产仍有许多方面需要完善,预计近期内,汽车空调用R134a的替代品仍将是研究热门之一。

离心式冷水机组CFCs替代品的研发

根据《蒙特利尔议定书》的要求,发达国家已于1996年1月1日禁用CFCs,但在用离心式冷水机组CFCs的替代一直是个难点问题,截至2004年1月1日,美国共有的80000多台CFCs离心式冷水机组中,仍有36226台在用。发展中国家将于2010年1月1日起禁用CFCs,而中国虽已将此禁用时间提前到了2007年7月1日,但目前仍有大量的CFCs离心式冷水机组在用。

对于R12的替代,目前市场上已有一些较为成熟的替代方案,包括使用R134a、R401A、R406A和R415B等。虽然这些替代品在活塞式、螺杆式及涡旋式等机组中的替代运行效果较好,同时也得到了较为广泛的应用。但是,当把这些替代品用于离心式冷水机组时,如果不改变叶轮的尺寸和转速,不仅达不到原R12的制冷效果,甚至还会损坏离心式压缩机。例如:若直接使用R134a替换,替换后机组制冷量将减少14%左右,功率将增加9%左右,并且负荷小时还容易发生喘振,事实上机组无法正常工作。

在国内,山东东岳化工有限公司和清华大学联合研发了一种能直接充灌于离心式冷水机组中替代R12的环保制冷剂,并命名为LXR2a。LXR2a是三元混合物,基本物性参数与R12十分接近、无毒、不易燃、滑移温度很小、ODP值为零、GWP值较低、制冷循环性能与R12非常接近。LXR2a已在深圳大亚湾核电站的两台在用R12离心式冷水机组中实际应用,机组替换后运行至今已超过3年,运行状况一直稳定。

法国罗地亚(Rhodia)公司也研发了一种在用离心式冷水机组R12的替代品,并命名为ISCEON 39TC(现该制冷剂知识产权已被杜邦收购)。ISCEON 39TC是二元混合物,ODP值为零、GWP值约为1950、无毒不燃、压力与R12相当、冷量较R12略低、性能系数与R12基本相当。

据不完全统计,在用的R11离心式冷水机组的数量较R12离心式冷水机组多,且R11的淘汰同样迫在眉睫,但由于替代难度更大,目前仍没有出现较好的直接充灌替代品。国内外一些企业正在进行不断地探索和开发。据悉,山东东岳化工有限公司已经具有了初步方案,正进一步完善中。

编者注:本文所介绍的研发成果主要是近几年被美国供暖制冷空调工程师学会(ASHRAE)授予制冷剂国际编号、国内外制冷剂知名企业所公布或推荐、以及国内申请专利并获授权的制冷剂替代品。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (3/20/2007)
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